阅读说明：本技术 一种三维石墨烯水性导热防腐涂料及其制备方法 (Three-dimensional graphene water-based heat-conducting anticorrosive paint and preparation method thereof ) 是由 翟云鹏 谢吉民 李永明 徐远国 刘润兴 周敏婧 宋群 于 2020-05-26 设计创作，主要内容包括：一种三维石墨烯水性导热防腐涂料及其制备方法,涉及涂料的生产技术领域,也涉及金属表面处理技术领域。将三维石墨烯、去离子水和聚乙烯醇在超声波条件下分散,得到三维石墨烯分散液；再将向脂肪醇中加入三维石墨烯分散液、助剂和填料,经初步搅拌后再投入砂磨机研磨,取得组分Ⅰ；组分Ⅱ为双酚A环氧树脂乳液。将组分I和组分Ⅱ以100∶55～62的重量比混合,即得三维石墨烯水性导热防腐涂料。该涂料可用于生产高耐腐散热铝箔,实现了石墨烯在耐腐散热铝箔中的跨界应用。(A three-dimensional graphene water-based heat-conducting anticorrosive coating and a preparation method thereof relate to the technical field of coating production and also relate to the technical field of metal surface treatment. Dispersing three-dimensional graphene, deionized water and polyvinyl alcohol under an ultrasonic condition to obtain a three-dimensional graphene dispersion liquid; adding the three-dimensional graphene dispersion liquid, the auxiliary agent and the filler into fatty alcohol, primarily stirring, and then putting into a sand mill for grinding to obtain a component I; the component II is bisphenol A epoxy resin emulsion. And mixing the component I and the component II according to the weight ratio of 100: 55-62 to obtain the three-dimensional graphene water-based heat-conducting anticorrosive coating. The coating can be used for producing high-corrosion-resistance heat-dissipation aluminum foils, and the cross-boundary application of graphene in the corrosion-resistance heat-dissipation aluminum foils is realized.)

一种三维石墨烯水性导热防腐涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料的生产技术领域，也涉及金属表面处理技术领域。

背景技术

导热防腐涂料是一种被广泛应用于热交换器等工业设备中的金属表面涂料，主要功能是在提供一定腐蚀防护能力的同时具有良好的导热和散热性，将被涂覆铝材的热量导出以保证设备正常工作温度，具有广泛的用途。涂料大部分是以有机高分子为成膜物的混合体系，涂覆成膜后的涂层以有机物为主，热导率较低，主要依靠其中的无机填料发挥导热作用。

石墨烯是近年来研究进展较快的一种材料，由于其优异的结构稳定性和电学、热学、力学等方面的特殊性能，已经广泛应用于防腐领域和制备导热涂料。但是目前市售的品质较好的二维石墨烯仅价格昂贵，而且极易团聚，影响了其实际效果，很难实现产业化应用。

三维石墨烯材料是一种由二维片层石墨烯交织形成的三维空间网状多孔材料，与片层结构的二维石墨烯相比，三维石墨烯具有更高的机械强度和导热导电性能。更为重要的是，三维石墨烯的多孔结构很好地避免了石墨烯的团聚和堆积，其次三维泡沫结构可以形成更加连续的互穿导热网络，可作为导热聚合物基体理想的改性材料。孙颖颖等报道，三维石墨烯改性环氧树脂复合材料的导热性能是环氧树脂的 7 倍。这表明三维石墨烯改性环氧树脂是增强涂层导热性能的有效手段。

如采用CN 105110322 A的方法可获得具有孔洞较大且彼此连通，由碳骨架自支撑的三维石墨烯。

再如由CN 109336092 A的方法可获得孔径在2nm以下的孔容体积为0 .01～0.035cm³/g，由于三维石墨烯具有大量的微孔，比表面积较大。

发明内容

针对以上技术缺陷，本发明提出一种通过利用比表面积较大的三维石墨烯形成水性导热防腐涂料。

本发明由重量比为100∶55～62的组分Ⅰ和组分Ⅱ组成；

所述组分Ⅰ为由脂肪醇、助剂、三维石墨烯分散液和填料组成的混合物；所述三维石墨烯分散液由三维石墨烯、去离子水和聚乙烯醇组成；所述三维石墨烯在三维石墨烯分散液中的浓度为2g/L～10g/L；

所述组分Ⅱ为双酚A环氧树脂乳液。

本发明利用比表面积较大的三维石墨烯制备水性导热防腐涂料，该涂料可用于生产高耐腐散热铝箔，实现了石墨烯在耐腐散热铝箔中的跨界应用。该技术可应用于双烘热风循环自动化涂层装置中对铝箔表面进行涂覆，从而制备出具有高导热、防重腐的铝膜，此用于导热耐腐铝箔中，可避免涂料对环境造成的污染，提高了腐蚀防护性能，可大大提高5G 基站散热性能，降低基站能耗，对于石墨烯在 5G 领域的跨界应用，推进 5G 基站的建设。

进一步地，本发明所述三维石墨烯为3～7层结构，三维石墨烯的比表面积≥600m²/g。该石墨烯不同于通常市售石墨制备的石墨烯，不仅表面积大，而且因为其三维互穿网络结构，石墨烯不易团聚、在涂料中的分散性和稳定性好，而且增加了涂料表层与基材之间热传导性。但三维石墨烯因为比表面积大，吸油值高，需要调整石墨烯、填料以及组分I和组分II的比例。

所述脂肪醇、助剂、三维石墨烯分散液分别占组分Ⅰ的重量百分数为30％、1％～3％、30％～40％，其余为填料。脂肪醇为亲水性溶剂，用于替代挥发性有机溶剂，有效降低了VOCs排放，保护环境。

所述助剂为聚硅氧烷消泡剂、丙烯酸润湿剂、聚氨酯增稠剂各类别的至少任意一种。这三类助剂主要为了优化水性涂料的性能，改善涂料的流平性、附着力和粘稠度。

所述填料由绢云母、滑石粉和碱式磷酸锌混合物组成，绢云母、滑石粉和碱式磷酸锌的重量比为4～5∶2∶1，其中绢云母用于提高涂膜的耐候性，滑石粉，可改进涂料的沉淀性、涂膜的机械力以及再涂覆性；碱式磷酸锌具有优异的防锈性能及耐水性。

本发明的另一目的是提出以上三维石墨烯水性导热防腐涂料的制备方法。

将三维石墨烯、去离子水和聚乙烯醇，混合后在100W～150W功率下超声波分散，得到浓度为2g/L～10g/L的三维石墨烯分散液；

再将向脂肪醇中加入三维石墨烯分散液、助剂和填料，经初步搅拌后再投入砂磨机研磨，取得细度≤40μm的组分Ⅰ；

组分Ⅱ为双酚A环氧树脂乳液；

将组分I和组分Ⅱ以100∶55～62的重量比混合，即得三维石墨烯水性导热防腐涂料。本发明工艺的特点避免了有机溶剂的使用，采用脂肪醇作为表面活性物质改善了涂料的分散稳定性和施工性能；因为石墨烯最大的难度是水中分散性问题，本发明先制备三维石墨烯分散液再制备组份Ⅰ的优点是利用聚乙烯醇表面活性剂的增溶作用先制备成分散乳液，提高了石墨烯在水性溶剂中的分散性，也保证了其在涂料的良好分散性；向脂肪醇中加入其它原料的优点，先搅拌后再投入砂磨机研磨的优点是进一步保证了石墨烯在涂料中的分散均匀性；细度低于40μm的组分I可以提高产品的存放稳定性以及涂膜表面平整度。

具体实施方式

一、涂料制备工艺：

实施例1：

1、制备三维石墨烯分散液：

分别称取2g三维石墨烯和1000g去离子水及 0.2 g聚乙烯醇，混合后在100W功率下超声波分散60min，得到浓度为2g/L的三维石墨烯分散液。

以上三维石墨烯具有3层结构，比表面积为720m²/g。

2、配料：

分别称取脂肪醇30g、聚硅氧烷消泡剂0.3g、丙烯酸润湿剂0.3g、聚氨酯增稠剂0.4g、三维石墨烯分散液40g、绢云母17g、滑石粉8g和碱式磷酸锌4g。

3、制备组分Ⅰ：向脂肪醇中加入聚硅氧烷消泡剂、丙烯酸润湿剂、聚氨酯增稠剂、三维石墨烯分散液、绢云母、滑石粉和碱式磷酸锌，手工搅拌5min，然后放入砂磨机研磨至细度达到40μm出料，得到组分Ⅰ。

4、制备组分Ⅱ：

取双酚A环氧树脂乳液，即得组分Ⅱ。

5、制备三维石墨烯水性导热防腐涂料：

称取100g组分I和55g组分Ⅱ，混合，手工搅拌2min，得到三维石墨烯水性导热防腐涂料。

实施例2：

1、制备三维石墨烯分散液：

分别称取5g三维石墨烯和1000g去离子水及 0.5 g聚乙烯醇，混合后在150W功率下超声波分散30min，得到浓度为5g/L的三维石墨烯分散液。

以上三维石墨烯具有5层结构，比表面积为655m²/g。

2、配料：

分别称取脂肪醇30g、聚硅氧烷消泡剂0 .3g、丙烯酸润湿剂0.2g、聚氨酯增稠剂1g、三维石墨烯分散液35g、绢云母20.3g、滑石粉8.8g和碱式磷酸锌4.4g。

3、制备组分Ⅰ：

向脂肪醇中加入聚硅氧烷消泡剂、丙烯酸润湿剂、聚氨酯增稠剂、三维石墨烯分散液、绢云母、滑石粉和碱式磷酸锌，手工搅拌3min，然后放入砂磨机研磨至细度达到40μm出料，得到组分Ⅰ。

4、制备组分Ⅱ：

取双酚A环氧树脂乳液，即得组分Ⅱ。

5、制备三维石墨烯水性导热防腐涂料：

称取100g组分I和62g组分Ⅱ，并混合，手工搅拌2min，得到三维石墨烯水性导热防腐涂料。

实施例3：

1、制备三维石墨烯分散液：

分别称量10g三维石墨烯和1000g去离子水及 1.0 g聚乙烯醇，混合后在130W功率下超声波分散30min，得到浓度为10g/L的三维石墨烯分散液。

以上三维石墨烯具有7层结构，比表面积为612m²/g。

2、配料：

分别称取脂肪醇30g、聚硅氧烷消泡剂0 .3g、丙烯酸润湿剂0 .3g、聚氨酯增稠剂0.4g、三维石墨烯分散液40g、绢云母17g、滑石粉8g和碱式磷酸锌4g。

3、制备组分Ⅰ：

向脂肪醇中加入聚硅氧烷消泡剂、丙烯酸润湿剂、聚氨酯增稠剂、三维石墨烯分散液、绢云母、滑石粉和碱式磷酸锌，手工搅拌5min，然后放入砂磨机研磨至细度达到40μm出料，得到组分Ⅰ。

4、制备组分Ⅱ：

取双酚A环氧树脂乳液，即得组分Ⅱ。

5、制备三维石墨烯水性导热防腐涂料：

称取100g组分I和58g组分Ⅱ，并混合，手工搅拌2min，得到三维石墨烯水性导热防腐涂料。

二、应用：

1、基板预处理：

用表面清洗剂及去离子水分别清洗铝箔表面并晾干，得到洁净的铝箔基板。

2、涂覆：

使用喷枪在基板表面喷涂三维石墨烯水性导热防腐涂料，涂覆厚度为0.1～0.5mm。

以上制得的三维石墨烯水性导热防腐涂料应在6h内实施涂覆。

3、固化：

将涂覆有三维石墨烯水性导热防腐涂料的板材放置于常温环境中，经过5～7天后涂层即固化。

三、经过本发明涂料处理后的铝箔基板性能：

在中性盐雾模拟加速腐蚀下可以在500h后保持底材不腐蚀，可见制备的涂覆有三维石墨烯水性导热防腐涂料的铝箔具有优异的耐腐蚀性能。

对涂料处理后的铝箔基板进行热导性检测，热导率达到2.8W/(m·K)，可见导热性良好。